專利名稱：一種球面加工方法
技術領域：
本發明涉及機械零件加工技術領域，特別涉及一種球面加工方法。
背景技術：
在一些機械零件中通常會用到球面結構，如鉸軸，通常在這些零件的加工要求中， 對球面的精度、輪廓度及表面粗糙度要求較高。
在現有的球面加工方法中，主要采用數控車對待加工工件的球面進行粗車和精 車，然后采用數控磨的砂輪對待加工工件的球面進行打磨加工，最后對球面進行拋光。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題
在對待加工工件的球面進行打磨加工時，對數控磨的精度以及砂輪的輪廓度要求 較高，同時，砂輪磨損后修復比較困難，因此會導致加工成本高。發明內容
為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種球面加工方法。所述技術方 案如下
本發明實施例提供了一種球面加工方法，所述方法包括采用數控機床對待加工 工件的球面依次進行粗車、精車、打磨和拋光，所述打磨包括
采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的所述待加工工件的球面，所述超聲波 金屬表面加工裝置安裝在所述數控機床上。
其中，所述粗車包括
采用左手外圓車刀和右手外圓車刀從球面的兩邊車所述削待加工工件的球面，車 至單邊余量達到第一預定值；
采用圓刀片車刀，車所述待加工工件的球面至單邊余量達到第二預定值。
進一步地，所述待加工工件為鉸軸，所述粗車還包括
在所述米用左手外圓車刀和右手外圓車刀從球面的兩邊車削所述待加工工件的 球面，車至單邊余量達到第一預定值之前，在所述待加工工件的兩個端面的中心分別打中 心孔，所述兩個端面與所述待加工工件的中心線垂直；
用頂尖頂住所述待加工工件的兩個中心孔。
其中，所述精車包括
采用圓刀片車刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到甲組預 定值；
采用尖刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值。
進一步地,所述精車還包括
在所述采用圓刀片車刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到 甲組預定值之前，對所述圓刀片車刀進行對刀；
在所述采用尖刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值之前，對所述尖車刀進行對刀。
進一步地，所述采用尖刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到 乙組預定值，包括
分三刀車所述待加工的球面直徑，其中，第三刀的設定深度L3=L-L1_L2，其中，LI 表示第一刀的實際深度，L2表示第二刀的實際深度，L表示乙組預定值中的設定深度。
進一步地，所述采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的所述待加工工件的球 面，包括
在所述超聲波金屬表面加工裝置工具頭部滾珠不轉動的情況下，控制所述超聲波 金屬表面加工裝置工具頭部滾珠對所述待加工工件的球面擠壓深度為一個定值；
控制所述超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠走完整個球面。
其中，所述拋光包括將所述球面涂滿研磨膏和機油，保持數控機床主軸轉動，用 精相砂紙拋光球面。
進一步地，所述方法還包括在所述精車之前，對粗車后的所述待加工工件進行超 聲波探傷。
本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是
通過采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的待加工工件的球面，利用超聲波 金屬表面加工裝置代替了現有技術中的數控磨，在保證待加工工件的球面精度、光潔度的 同時，簡化了加工工序，減少了使用的設備，提高了加工效率，降低了加工成本。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于 本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。
圖1是本發明實施例提供的球面加工方法流程圖2是本發明實施例提供的鉸軸結構示意圖3是本發明實施例提供的鉸軸車加工時裝夾示意圖4是本發明實施例提供的鉸軸球面加工對刀時裝夾示意圖5是本發明實施例提供的鉸軸打磨加工時裝夾示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
本發明實施例提供了一種球面加工方法，該方法包括采用數控機床對待加工工 件的球面依次進行粗車、精車、打磨和拋光；其中，打磨包括采用超聲波金屬表面加工裝 置加工精車后的待加工工件的球面，上述超聲波金屬表面加工裝置安裝在數控機床上。下 面將結合具體實例來說明本發明實施例的加工方法。
實施例
下面結合圖1對該方法進行詳細說明，如圖1所示，該方法包括
步驟101 :在待加工工件的兩端面的中心處分別打中心孔，上述端面與待加工工件的中心線垂直。
將待加工工件放置在鏜床回轉工作臺上，將待加工工件固定好，在端面中心打中心孔。
以加工鉸軸的兩球面為例，參見圖2，在鉸軸的端面劃出十字線，十字線的交點即為端面的中心。具體地，先劃出鉸軸I的腰線2，并將腰線2引至兩端面3，再在引至端面3 的直線上劃垂直線，。
在劃線前，先采用游標卡尺、千分尺、卷尺及球面樣板確定兩個球面的球心，要求兩個球心的距離為1000mm，如果不滿足該距離，可以進行毛坯余量借偏。
將鉸軸放置在鏜床回轉工作臺上，并用V型鐵支撐鉸軸，以鉸軸的端面中心為基準找正工件，按GB/T145-2001 B6. 3在鉸軸一端面打中心孔，記錄鏜床主軸X、Y軸坐標值； 工作臺回轉180°，將鏜床主軸移至記錄的坐標位置，在另一端面按GB/T145-2001 B6. 3打中心孔。
步驟102 :用頂尖頂住待加工工件的兩個中心孔，粗車待加工工件的球面。
具體地，該步驟包括用頂尖頂住待加工工件的兩個中心孔；
采用左手外圓車刀和右手外圓車刀從球面的兩邊車削待加工工件的球面，車至單邊余量達到第一預定值；
采用圓刀片車刀，車待加工工件的球面至單邊余量達到第二預定值。其中，單邊余量是指半個球面預留的余量的厚度。
具體地，上述左手外圓車刀、右手外圓車刀以及圓刀片車刀均安裝在數控機床刀架上。
以鉸軸為例，在步驟101的基礎上，參見圖3，頂尖4頂住鉸軸I的兩個中心孔，兩頂尖與法蘭5連接。在步驟102中，采用車刀6(包括左手外圓車刀和右手外圓車刀)先加工一球面，具體地，采用參數主軸轉速60r/min,進給O. 5mm/r,車至單邊余量達到3mm,車刀6 通過刀桿7連接在數控機床刀架8上。換圓刀片車刀(刀桿SRDCR3225P05-A、刀片Φ5)，采用參數主軸轉速80r/min,進給O. 2mm/r,車至單邊余量達到2mm。加工完一球面后,在中間軸段距離球心500mm處刻線，作為車另一球面的參照。調頭按照上述方法車另一球面。
進一步地，在粗車兩球面之前，頂兩端中心孔，用數控機床卡盤夾緊左端法蘭，在中間軸距離軸端250mm處車兩處校正帶,移開右端頂尖,在一處校正帶處架中心架，校正另一處校正帶跳動小于O. 02mm,修右端中心孔,調頭按上述方法修另一端中心孔。
步驟103 :精車粗車后的待加工工件的球面。
具體地，該步驟包括采用圓刀片車刀車待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到甲組預定值；
采用尖刀車待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值。
進一步地，采用尖刀車待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值，包括
分三刀車待加工的球面直徑，其中，第三刀的設定深度L3=L-L1_L2，其中，LI表示第一刀的實際深度，L2表示第二刀的實際深度，L表示乙組預定值中的設定深度。在實際加工中，可先為第一刀和第二刀提供一個設定深度，以保證前兩刀的深度大致范圍，但前兩刀的設定深度不影響對第三刀設定深度的計算。由于第三刀的設定深度是根據前兩刀的實際深度計算得來的，消除了前兩刀的實際深度與設定深度的誤差，提高了對待加工工件的球面精車的精度。
進一步地，精車還包括在采用圓刀片車刀車待加工工件的球面至直徑、粗糙度、 面輪廓度達到甲組預定值之前，對圓刀片車刀進行對刀；
在采用尖刀車待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值之前， 對尖刀進行對刀。
具體地，對刀過程可以如下以待加工工件的一端面與數控機床的坐標系的Z軸原點對齊，在坐標系平面內取X軸數值為a的兩處分別對刀，并記錄兩次對刀時Z軸數據A 和B，將Z軸原點移動至A+B/2處，其中，Z軸與兩個中心孔的連線重合，X軸與Z軸垂直。
其中，上述加工采用的刀具同樣是安裝在數控機床刀架上。
以鉸軸為例，在步驟102的基礎上，甲組預定值為S0400，粗糙度Ra3. 2，面輪廓度O. 05,此時主軸轉速110r/min,進給O. 2mm/r,切深O. 3mm。乙組預定值為SC>400,粗糙度Ral. 6，面輪廓度O. 05，此時，主軸轉速110r/min，進給O. 16mm/r,并在前兩刀分別切深0.15mm，再根據前兩刀實際深度，計算第三刀的設定深度并采用此設定深度車待加工工件的球面。
優選地，在對刀時，a=350，得到A和B，參見圖4。
步驟104 :采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的待加工工件的球面。
具體地，該步驟包括
采用步驟103中的方法進行對刀；
在超聲波金屬表面加工裝置工具頭部滾珠不轉動的情況下，控制超聲波金屬表面加工裝置工具頭部滾珠對待 加工工件的球面擠壓深度為一個定值；具體地，可以通過在數控單元設置半徑補償參數以保證擠壓深度；
控制超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠走完整個球面。
其中，在完成步驟103的精車之后，將刀具替換為超聲波金屬表面加工裝置，換言之，上述超聲波金屬表面加工裝置也是安裝在數控機床刀架上的。
由于超聲波金屬表面加工裝置在現有技術中使用時，超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠可以轉動，而在本發明實施例中，超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠是不轉的，因此在控制超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠走完整個球面的過程中， 會因為滾珠與球面的力作用的角度不斷改變，導致滾珠在球面震動，為了消除這個震動，在控制超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠走完整個球面的過程中，會改變超聲波金屬表面加工裝置的電流及超聲波金屬表面加工裝置氣缸氣壓的值。
以鉸軸為例，在步驟103的基礎上，參見圖5，在數控機床刀架8上安裝超聲波金屬表面加工裝置9，在步驟104中，開啟超聲波金屬表面加工裝置，調整電流至O. 5A，氣缸10 的氣壓至O. 2MPa。超聲波金屬表面加工裝置工具頭部滾珠直徑Φ14。優選地，擠壓深度為1.8mm。
走刀時，手動調節進給速度使超聲波金屬加工裝置快速通過工裝法蘭圓柱段，接近球面時，調整轉速至18± lr/min,進給量O. 16mm/r。當在X軸運行至250 300區間時， 緩慢勻速調整氣壓至O. 5MPa，調整時間不小于2min，并適當降速。當在X軸運行至350 400 350區間時，調整電流至O. 8A。當在X軸再次運行到300 270區間時，緩慢勻速調 整氣壓至O. 2MPa，調整時間不小于2min。程序運行過程中操作者需時刻觀察超聲波金屬表 面加工裝置工具頭部滾珠運行情況，中途不得停止。
步驟105 :對待加工工件的球面進行拋光。
具體地，保持待加工工件在數控機床上不動，拆除步驟104中使用的超聲波金屬 表面加工裝置后，將球面涂滿研磨膏和機油，保持數控機床主軸轉動，用精相砂紙拋光球 面，直到球面色澤一致為止。上述數控機床主軸在加工過程中用于帶動待加工工件轉動。
容易知道，上述步驟102-105均可以在同一數控機床上完成，從而減少了加工過 程中使用設備的數量，不但提高了加工效率，同時降低了加工成本。
對于上述鉸軸而言，在步驟105中，研磨膏型號可以為600#，機油型號可以為20#， 數控機床主軸轉速可以為40r/min。
值得說明的是，由于鉸軸有兩個球面，因此在執行步驟103-105時，先在一端球面 上執行，完成后，將待加工工件調頭，重復步驟103-105。
進一步地，該方法還包括在精車待加工工件的球面之前，對粗車后的待加工工件 進行超聲波探傷。對于本發明實施例中的鉸軸，可按DIN3990-5表中的ME級對待加工工件 進行超聲波探傷，要求待加工工件密集性缺陷符合JB/T5000. 15-2007 II級要求。
本發明實施例通過采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的待加工工件的球 面，利用超聲波金屬表面加工裝置代替了現有技術中的數控磨，在保證待加工工件的球面 精度、光潔度的同時，簡化了加工工序，減少了使用的設備，提高了加工效率，降低了加工成 本。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種球面加工方法，所述方法包括采用數控機床對待加工工件的球面依次進行粗車、精車、打磨和拋光，其特征在于，所述打磨包括采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的所述待加工工件的球面，所述超聲波金屬表面加工裝置安裝在所述數控機床上。
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于，所述粗車包括采用左手外圓車刀和右手外圓車刀從球面的兩邊車削所述待加工工件的球面，車至單邊余量達到第一預定值；采用圓刀片車刀，車所述待加工工件的球面至單邊余量達到第二預定值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述待加工工件為鉸軸，所述粗車還包括在所述采用左手外圓車刀和右手外圓車刀從球面的兩邊車削所述待加工工件的球面， 車至單邊余量達到第一預定值之前，在所述待加工工件的兩個端面的中心分別打中心孔， 所述兩個端面與所述待加工工件的中心線垂直；用頂尖頂住所述待加工工件的兩個中心孔。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述精車包括采用圓刀片車刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到甲組預定值；采用尖刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述精車還包括在所述采用圓刀片車刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到甲組預定值之前，對所述圓刀片車刀進行對刀；在所述采用尖刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值之前，對所述尖刀進行對刀。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述采用尖刀車所述待加工工件的球面至直徑、粗糙度、面輪廓度達到乙組預定值，包括分三刀車所述待加工的球面直徑，其中，第三刀的設定深度L3=L-L1-L2，其中，LI表示第一刀的實際深度，L2表示第二刀的實際深度，L表示乙組預定值中的設定深度。
7.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的所述待加工工件的球面，包括在所述超聲波金屬表面加工裝置工具頭部滾珠不轉動的情況下，控制所述超聲波金屬表面加工裝置工具頭部滾珠對所述待加工工件的球面擠壓深度為一個定值；控制所述超聲波金屬表面加工裝置的工具頭部滾珠走完整個球面。
8.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述拋光包括將所述球面涂滿研磨膏和機油，保持數控機床主軸轉動，用精相砂紙拋光球面。
9.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述精車之前，對粗車后的所述待加工工件進行超聲波探傷。
全文摘要
本發明公開了一種球面加工方法，屬于機械零件加工技術領域。所述方法包括采用數控機床對待加工工件的球面依次進行粗車、精車、打磨和拋光，所述打磨包括采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的所述待加工工件的球面，所述超聲波金屬表面加工裝置安裝在所述數控機床上。本發明通過采用超聲波金屬表面加工裝置加工精車后的待加工工件的球面，利用超聲波金屬表面加工裝置代替了現有技術中的數控磨，在保證待加工工件的球面精度、光潔度的同時，簡化了加工工序，減少了使用的設備，提高了加工效率，降低了加工成本。
文檔編號B23P15/00GK102990304SQ20121050859
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者宋玉軍, 由國靜, 唐長平, 張懷斌 申請人:武漢船用機械有限責任公司